EP0004826B1

EP0004826B1 - Compositions stabilisées à base de chlorure de polyvinyle et produits conformés obtenus à partir de ces compositions

Info

Publication number: EP0004826B1
Application number: EP79420017A
Authority: EP
Inventors: Michel Gay
Original assignee: Rhone Poulenc Specialites Chimiques
Current assignee: Rhone Poulenc Specialites Chimiques
Priority date: 1978-04-04
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1981-11-11
Also published as: JPS557879A; EP0004826A3; JPS5846220B2; FR2421926B1; EP0004826A2; DE2961298D1; FR2421926A1

Description

La présente invention concerne des compositions stabilisées à base de chlorure de polyvinyle.
On sait que le chlorure de polyvinyle, qui est une matière première de base de l'industrie de transformation des matières plastiques, doit être mis en oeuvre à une température de l'ordre de 150 à 180 °C. A cette température, le chlorure de polyvinyle subit une dégradation importante contre laquelle on le protège par l'emploi de stabilisants. De très nombreuses substances ont déjà été proposées, notamment les sels organiques de calcium, de plomb, de cadmium ou de baryum, ainsi que les chélates métalliques de dérivés de composés 1,3-dicarbonyle capables de tautomérie céto-énolique. On obtient de bons résultats en utilisant conjointement des sels organiques métalliques et des composés organiques dicétoniques : FR 2 297 227.
Cependant, afin de rendre les résines plus facilement manipulables et d'augmenter ainsi la cadence de production d'objets divers en chlorure de polyvinyle, on cherche à mettre en oeuvre les résines à des températures aussi élevées que possible. Jusqu'à présent, même avec les meilleurs stabilisants il en résulte des inconvénients dont le principal est l'apparition du jaunissement, au bout d'un certain temps. Cette coloration jaune est inacceptable pour certaines applications comme la préparation d'objets à paroi mince transparente. C'est pourquoi on continue de rechercher des stabilisants ou des mélanges de stabilisants qui permettent, tout en évitant le jaunissement, de manipuler le chlorure de polyvinyle à des températures aussi élevées que possible en particulier entre 180 et 230° pendant des durées les plus longues possible.
Il a maintenant été trouvé des compositions à base de polymère de chlorure de vinyle stabilisées thermiquement par emploi d'un ou plusieurs sels organiques de calcium, du baryum, du zinc, du cadmium ou du magnésium, éventuellement d'un polyol linéaire ayant au moins quatre fonctions hydroxyles dont au moins une est une fonction alcool primaire, éventuellement d'un composé époxydé comme par exemple l'huile de soja époxydée, caractérisée en ce qu'elles contiennent un ou plusieurs composés organiques de formule générale :
dans laquelle R, représente un radical alcoyle ayant de 1 à 36 atomes de carbone ou un radical aryle, dans laquelle R₂ représente un radical alcoyle ou alcényle ayant de 1 à 36 atomes de carbone ou un radical aryle, ces radicaux pouvant être substitués par 1 ou plusieurs atomes d'halogène ou des radicaux alkyles ou des groupements hydroxyles, éthéroxydes, alkoxycarbonyles ou des groupements de formule
ou des groupements azotés.
Par composition à base de chlorure de polyvinyle, on entend des compositions contenant un homopolymère ou un copolymère de chlorure de vinyle et divers adjuvants couramment utilisés pour faciliter la mise en oeuvre ou pour apporter des propriétés particulières à l'objet façonné.
Tout type d'homopolymère de chlorure de vinyle peut convenir quel que soit son mode de préparation : polymérisation en masse, en suspension, en dispersion ou de tout autre type, et quelle que soit sa viscosité intrinsèque.
De nombreux copolymères de chlorure de vinyle peuvent également être stabilisés contre les effets de la chaleur par des moyens identiques à ceux utilisés pour les homopolymères. Ils comprennent par exemple des copolymères obtenus par copolymérisation du chlorure de vinyle avec d'autres monomères présentant une liaison éthylénique polymérisable, par exemple l'éthylène, les esters acryliques, le styrène, les esters vinyliques.
Les copolymères contiennent habituellement au moins 50 % en poids de chlorure de vinyle. Toutefois le procédé selon l'invention s'applique particulièrement bien aux copolymères contenant au moins 80 % en poids de chlorure de vinyle et dont l'autre monomère est l'acétate de vinyle, le chlorure de vinylidène.
Les homopolymères ou copolymères peuvent être soit « rigides », soit « flexibles ». Lorsqu'on utilise des polymères « rigides », ceux-ci peuvent comprendre des modificateurs de résistance au choc, des pigments et/ou charges, des lubrifiants, etc... en sus de la résine et des stabilisants. Lorsqu'on utilise des polymères « flexibles ceux-ci peuvent comprendre un plastifiant (primaire et secondaire), des pigments et/ou charges des lubrifiants, etc... en sus de la résine et des stabilisants.
Des lubrifiants, des antioxydants, des stabilisants « lumière » ou UV peuvent aussi être ajoutés dans les compositions.
Les stabilisants constitués de sels organiques de métaux utilisés dans les formulations selon l'invention sont essentiellement des sels de calcium, baryum, zinc, magnésium ou cadmium d'acides organiques aliphatiques ou d'acides gras, saturés ou non, substitués ou non ou d'acides aromatiques. Parmi les sels couramment utilisés on peut citer les acétates, les diacétates, les stéarates, les oléates, les laurates, les palmitates, les benzoates, les hydroxystéarates, les éthyl-2 hexanoates.
On les emploie habituellement sous forme de couples tels que calcium/zinc ou baryum/zinc, dans des proportions comprises entre 0,1 et 5 % en poids par rapport au polymère.
Les stabilisants organiques utilisés en conjonction avec les stabilisants métalliques ci-dessus sont préparés habituellement par des procédés classiques de synthèse, par exemple à partir des p cétoesters correspondants par action de l'hydrogène sulfuré en milieu alcoolique saturé par l'acide chlorhydrique sec.
Dans le cadre d'une réaction générale suivante :

dicétène + alcool ou phénol - p cétoester
β cétoester + hydrogène sulfuré → β thiocétoester

1) Produits dérivés d'alcools légers ou lourds. On obtient alors des p thiocétoesters de formule
R étant un radical alcoyl linéaire saturé ayant de 1 à 36 atomes de carbone.
2) Produits dérivés de diols ou de polyols substitués ou non. Nous citerons quelques exemples de β thiocétoesters pouvant avoir 1 ou 2 fonctions thione obtenus à partir de :

3) Produits dérivés d'alcools benzyliques, comme par exemple :

4) Produits dérivés de phénols ou de polyphénols comme par exemple :
5) Produits dérivés d'alcools divers

thiohydroxyéthylisocyanurate

Certaines synthèses plus spécifiques sont décrites par S.K. MITRA dans « Journal of the Indian Chemical Society 10 (1933) p. 37 ou 15 (1938)' p. 31 ou par Z. REYES et R.M. SILVERSTEIN dans « Journal of American Chemical Society 80 (1958) p. 6 372.
Ces composés organiques sont utilisés dans des proportions comprises entre 0,005 et 5 %, de préférence entre 0,1 et 1 %, en poids par rapport au poids de polymère.
Il est également possible d'ajouter aux stabilisants selon l'invention d'autres composés organiques connus pour leur action stabilisante tels que par exemple les alcoyl ou aryl phosphites et/ou les dérivés époxydes comme par exemple les huiles de soja époxydées.
Les stabilisants selon l'invention peuvent être incorporés en même temps que les autres adjuvants. Ils peuvent aussi être mélangés entre eux, seuls, ou avec certains des adjuvants ; ils constituent alors une composition stabilisante qui sera ultérieurement incorporée au chlorure de polyvinyle. Toutes les méthodes usuelles connues dans ce domaine peuvent convenir pour réaliser le mélange.des ingrédients. Toutefois, l'homogénéisation de la composition peut avantageusement être faite sur malaxeur.
Les compositions selon l'invention peuvent être mises en oeuvre selon toutes les techniques habituellement utilisées pour travailler les compositions de PVC ou de ses copolymères, par exemple : injection, extrusion, extrusion soufflage, calandrage, moulage par rotation, etc...
L'association d'un stabilisant organique et de couples stabilisants métalliques permet de retarder considérablement l'apparition du jaunissement pendant la période où la composition est chauffée à 180 °C et plus, et d'obtenir des produits finis transparents, homogènes et ne présentant pas d'exsudation.
Les exemples ci-après illustrent l'invention :

Exemples 1 à 5

On prépare une composition A pouvant être notamment utilisée pour l'extrusion soufflage de bouteilles et qui servira de témoin.
On place dans un broyeur à bille :

- 1 000 g d'un PVC en poudre, caractérisé par un indice de viscosité égal à 80 (norme NF T 51 013), obtenu par polymérisation en suspension et vendu sous la marque déposée LUCOVYL RS 8 000.
- 100 g d'un agent renforçateur de choc qui est un copolymère de butadiène, de styrène et de méthacrylate de méthyle.
- 10 g d'un lubrifiant qui est une cire à base d'ester de colophane et qui est commercialisée sous la marque déposée WAX E.
- 5 g de stéarate de calcium.
- 2,5 g de stéarate de zinc.
- 30 g d'huile de soja époxydée.

On laisse tourner sur rouleaux pendant 15 heures.
Dans 5 poudriers de 250 cm³, contenant quelques billes de porcelaine, on charge 100 g de cette composition A et respectivement :

- 0,3 g de benzoylacétate d'éthyle (composition B)
-₁0,3 g de benzoylacétate d'éthyle (composition C) 10,3 g de sorbitol
- 0,3 g de thiobenzoylacétate d'éthyle (composition D)
-0,3 g de thiobenzoylacétate d'éthyle (composition E) 1₀,₃ g de sorbitol.

On laisse tourner sur rouleaux pendant 15 heures et on obtient des compositions homogènes.
A partir de la composition témoin sans stabilisant organique (A) et des compositions (B, C, D, E) on prépare au moyen d'une calandre chauffée à 180 °C des plaques de 2,5 mm d'épaisseur.
On découpe dans ces plaques des éprouvettes rectangulaires de 10 x 20 mm que l'on place dans une étuve ventilée à 175 °C pendant des durées variables.
On détermine ensuite la coloration des échantillons selon l'échelle Gardner, à l'aide d'un disque Lovibond.
On obtient les résultats suivants :
On constate que l'emploi d'un composé β thiocétoester permet d'améliorer considérablement la stabilisation chaleur par rapport à un témoin sans ce composé et par rapport à un témoin (B) comportant un β cétqester correspondant.
Par ailleurs, on constate que l'emploi conjoint d'un polyol qui a un effet négatif sur la coloration initiale mais positif sur la stabilité à long terme permet un meilleur compromis avec les β thiocétoesters plutôt qu'avec les p cétoesters correspondants.

Exemples 6 à 10

On opère comme indiqué à l'exemple 1 avec la composition suivante (F) :

même polymère 1 000 g
même renforçateur de choc 100 g
même lubrifiant 10 g
même huile de soja époxydée 30 g
stéarate de calcium 4 g
stéarate de zinc 2 g

0,3 g de thioacétylacétate d'éthyle (composition G)
0,3 g de thiobenzoylacétate d'éthyle (composition H)
0,5 g de thioacétylacétate de cétyle (composition I)
0,5 g de thiobenzoylacétate de cétyle (composition J)

On prépare des échantillons comme à l'exemple 1 et on fait subir un traitement thermique à 180 °C.
On obtient les résultats suivants :
On constate que les résultats sont à peu près équivalents avec les quatre produits essayés.

Exemples 11 à 15

Ces essais montrent l'intérêt du sorbitol en association avec les β thiocétoesters pour prolonger la stabilisation.
On opère comme indiqué à l'exemple 1 avec la composition suivante (K)

même polymère 1 000 g
même renforçateur de choc 100 g
même lubrifiant 10 g
même huile de soja époxydée 30 g
stéarate de calcium 4 g
stéarate de zinc 4 g
sorbitol 3 g

L 0,3 g de thioacétylacétate d'éthyle
M 0,3 g de thiobenzoylacétate d'éthyle
N 0,5 g de thioacétylacétate de cétyle
O 0,5 g de thiobenzoylacétate de cétyle

On obtient aux tests décrits à l'exemple 6 les résultats suivants :
Les mêmes essais effectués en l'absence de sorbitol conduisent tous à des échantillons noirs au bout de 35 mn de traitement thermique à l'étuve à 180 °C.

Exemples 16 à 21

On prépare une composition plastifiée (P)
On charge dans un broyeur à bille :

1 000 g d'un PVC en poudre, caractérisé par un indice de viscosité égal à 95 (norme NF T 51 013) obtenu par polymérisation en masse et vendu sous la marque déposée LUCOVYL GB 9 550.
390 g de phtalate de dioctyle
20 g d'huile de soja époxydée
5 g de stéarate de calcium
2,5 g de stéarate de zinc.

On laisse tourner sur rouleaux pendant 15 heures.
Dans des poudriers de 250 ml, contenant quelques billes de porcelaine, on charge :

100 g de la composition ci-dessus et respectivement :
0,12 g de sorbitol (Q)
0,3 g de thioacetylacétate d'éthyle (R)
{0,3 g de thioacétylacétate d'éthyle }(s) 0,12 g de sorbitol
0,3 g de thiobenzoyle acétate d'éthyle (T)
0,5 g de thioacétylacétate de cétyle (U)
{0,5 g de thioacétylacétate de cétyle (V) 0,12 g de sorbitol (V)

On homogénéise ces mélanges durant 3 mn sur un mélangeur à cylindre à 170 °C et on prépare ainsi des feuilles de 1 mm environ d'épaisseur.
Aux tests de traitement thermique à 180°C, on obtient les résultats suivants :
On prépare une composition plastifiée (X) comme à l'exemple 16, mais comprenant :

100 g du même PVC
390 g de phtalate de dioctyle
2,5 g de stéarate de zinc
5 g de stéarate de baryum

A 100 g de la composition (X), on ajoute respectivement :

Y 0.5 % de thioacétoacétate de cétyle
Z 0,5 % de thiobenzoylacétate de cétyle
AA 0,1 % de sorbitol
0,1 % de sorbitol AB{^0.1 _0.5% de thioacétoacétate de cétyle
AC{^0.1 _0.5 % de sorbitol 0,5 % de thiobenzoylacétate de cétyle
AD 0,2 % de Mannitol
AE{^0.2% _0.5% de Mannitol 0,5% de thioacétoacétate de cétyle

Au test de stabilité à 180 °C on obtient les résultats suivants :

Claims

1. Compositions à base de polymère de chlorure de vinyle stabilisées thermiquement par emploi d'un ou plusieurs sels organiques de calcium, de baryum, de zinc, de cadmium ou de magnésium, éventuellement d'un polyol linéaire ayant au moins quatre fonctions hydroxyles dont au moins une est une fonction alcool primaire, éventuellement d'un composé époxydé comme par exemple l'huile de soja époxydée, caractérisée en ce qu'elles contiennent un ou plusieurs composés organiques de formule générale :

dans laquelle R₁ représente un radical alcoyle ayant de 1 à 36 atomes de carbone ou un radical aryle, dans laquelle R₂ représente un radical alcoyle ou alcényle ayant de 1 à 36 atomes de carbone ou un radical aryle, ces radicaux pouvant être substitués par 1 ou plusieurs atomes d'halogène ou des radicaux alkyles ou des groupements hydroxyles, éthéroxydes, alkoxycarbonyles ou des groupements de formule

ou des groupements azotés.

2. Compositions caractérisées en ce qu'elles contiennent par rapport au poids de polymères de 0,005 à 5 % en poids d'un ou plusieurs composés organiques selon la revendication 1.

3. Compositions selon la revendication 1 dans lesquelles le polymère est un homopolymère de chlorure de vinyle ou copolymère obtenu par copolymérisation de chlorure de vinyle avec l'acétate de vinyle ou le chlorure de vinylidène, la proportion de chlorure de vinyle dans le copolymère étant égale ou supérieure à 50 % en poids.

4. Compositions selon la revendication 1 dans lesquelles le polymère est un copolymère dont la proportion en poids de chlorure de vinyle copolymérisé est supérieure à 80 % en poids.

5. Composition selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisées en ce que le composé métallique est l'un des couples de sels d'acides organiques de calcium et de zinc ou de baryum et de zinc.

6. Produits conformés obtenus à partir des compositions selon les revendications 1 à 4.